国内外碳纤维及其制品在汽车上应用现状简介

国内外碳纤维及其制品在汽车上应用现状简介1.碳纤维产业简介2.国外CFRP在汽车上应用3.我国CFRP在汽车上应用需解决的难点4.问题讨论提纲1.碳纤维产业简介工艺流程生产线碳纤维力学性能J：较基本型号增强了拉伸强度H：较J型提升拉伸强度与模量S：高强G：较S型提升了拉伸模量与粘合性能美国的CFRP在汽车上应用规划认为在汽车上用的碳纤维TS:2750MPaTM：180GPa1.碳纤维产业简介厂家型号报价（美元）东邦HTS40-12K19STS40-24K18三菱TR50S19TR330(50K)19东丽T700SC-12K22T800H-12K120-140台塑TC36-12K17TC35-24K15TC35-48K15AKSAA42-12K15A42-24K14A42-48K(50K)132014年主要碳纤维生产厂商产品报价国内T3003K碳丝价格差别较大，约为100-300元/Kg，单向碳布约为60-80元/平米1.碳纤维产业简介2012201320142015东丽18.921.126.127.1三菱10.910.910.910.9东邦13.911.411.411.4Hexcel7.27.28.610.0Cytec2.42.42.43.4台塑8.88.88.88.8Zoltek12.213.014.314.3SGL9.09.012.012.0Aksa3.53.53.53.5中国11.613.113.113.1合计（全球）100.2107.7119.9123.3PAN碳纤维制造商的产能（千吨）注：东丽统计预测已被东丽收购DOW投资合作热塑CFRP用CF大丝束及沥青基高性能小丝束，军方1.碳纤维产业简介四川新万华四川华拓兰州蓝星甘肃郝氏兰州中凯山西煤化所山西榆次恒天西安康本河南永煤内蒙古欣亚邯郸硅谷保定天鹅沈阳中恒、大连兴科大连国瑞吉林石化、中钢吉炭、吉林化纤、吉研科技威海拓展、泰安天泰泰安新天、恒晨公司天华益威中复神鹰、江苏恒神聚酯惠通、中科院杭州基地、中简科技、镇江航科、扬州惠亨上海金山石化、上海有机所、复旦大学、东华大学、上海纺科院、上海合研院、星楼实业安徽首文、安徽鑫丰宁波材料所、浙江奉先衢州、浙江巨鑫广州金发台北台塑厦门杨大桂林化纤我国碳纤维生产企业分布图1.碳纤维产业简介1.生产工艺：工艺单一、产能分散、规模小、开车率低、低水平重复建设低端产品产能过剩；2.核心装备：国内设备自主研发能力弱、大部分采用进口设备、国内仍然不具备成熟的高温蒸汽牵伸机、大型预氧化炉、宽口径碳化炉、高温石墨化炉、卷绕机等关键设备的制造实力；3.原辅料：国内在原丝油剂和碳纤维上浆剂上的理论和应用研究较少，没有专门的研究机构，上浆剂仍然提留在传统的EPOXY上浆剂；4.CF产品牌号：T300较为成熟，T700刚开始稳定生产，T800工业化刚研发成功，T1000号称研发成功；5.CF产品性能：产品性能稳定性差，只能再体育用品及低端的建筑加固市场使用，不能满足高端领域的需要；6.CF产品价格：国内生产成本太高（T300在150元/Kg），而国内现在进口的T700市场售价在120元/Kg）国内碳纤维产业存在的问题1.碳纤维产业简介主机厂供应商合作项目目标宝马SGL成立碳纤维合资公司，SGL持股50.1%，宝马持股44.9%2013年批量生产碳纤维汽车部件，为宝马量产车i3、i8提供材料奔驰东丽成立碳纤维合资公司，东丽持股持股50.1%，戴姆勒持股44.9%计划采用短循环树脂迁移模塑(RTM)技术，为戴姆勒公司轿车提供大批量生产的CFRP部件。奥迪VOITH联合开展碳纤维汽车部件，奥迪新型MSF车身结构2014年夏季上市的新款Q7采用该结构（CFRP装饰条）通用帝人合作开发热塑性碳纤维汽车部件合作开发60s冲压成型的热塑性碳纤维复合材料部件福特陶氏化学福特汽车与陶氏化学正式签署合作协议开发先进碳纤复合材料从2015年开始起福特新车将大量采用碳纤维零部件丰田东丽碳纤维部件开发应用中级乘用车减重10%，CFRP化作为主要手段之一日产三菱丽阳碳纤维部件开发应用2015年平均减重15%，CFRP化作为主要手段之一国外主机厂与CF供应商合作现状2.国外CFRP在汽车上应用BMWi3设计整体要求−易于零部件拆解−通过轻量化设计减轻车重−为电池组提供特别的空间−热塑性树脂外覆盖件−材料的水平划分Life-Drive整车理念：底盘部分的能量存储区域：−中心低−受到碰撞时的保护−内部地板保持水平Life结构：碳纤维Drive结构：铝合金2.国外CFRP在汽车上应用整车重量为1195kg（雪佛兰Volt为1700Kg），车身骨架为150Kg车身刚度为1100MPa续航里程：130-160Km（Volt为62Km）引擎盖、车门外板、前后翼子板：PP/EPDM85℃涂装车门上段：PC/ABS85℃涂装车顶盖：CFRP85℃清漆涂装车灯的无缝连接成本最优下的轻量化碰撞安全保护后备箱盖刚度内外板胶接，中间铝合金A级表面行人保护碰撞安全保护成本最优下的轻量化引擎盖的刚度内外板胶接2.国外CFRP在汽车上应用生产周期缩短50%固化时间＜10min零部件为130多（仅白车身）胶接长度达到173m100%自动化生产噪音减少50%CFRP热塑性弹性体6系列铝板5系列铝板挤出型铝材铸铝低碳钢胶黏剂、泡沫等2.国外CFRP在汽车上应用34个CFRP零部件−13个一体化RTM零部件（48种组成）−2个RTM与泡沫夹芯材料一起的编制结构−19个一体化纤维模压零部件CFRP生产及铺层要求：结构复杂的零部件用RTM技术多功能零部件可采用RTM一体化以满足不同要求固定部分的织物重量和取向使得功能和成本的最优化大规模生产要求采用壳式设计2.国外CFRP在汽车上应用项目数值TB1阶特征频率27.8HZTB2阶特征频率36.3HZBIW1阶特征频率42.7HZBIW2阶特征频率52.2HZ静扭刚度27160Nm/°弯曲刚度18930Nm/mmTB=TrimmedBody（装饰车身）2.国外CFRP在汽车上应用侧围分9部分，中间采用金属预埋件连接，受到侧方位撞击后修复时可进行相应的替换，不用整体替换2.国外CFRP在汽车上应用左右侧围内外板（5-8）胶接，与车门铰链胶接左右侧围九块小零部件胶接成一体左右防撞板机械连接（车门内部金属上）门槛（9-10）胶接，预埋孔+机械连接（车门锁扣）门槛护板（11-12）胶接前围板1胶接+预埋孔+部分机械连接流水槽2主体胶接+部分机械连接前地板护板3胶接前地板护板加强件4胶接前顶横梁13、中顶横梁14、后顶横梁15胶接前顶横梁加强板16、中顶横梁加强版17、中顶横梁加强版18胶接+部分机械连接顶盖19胶接后保横梁20胶接包裹架支架21胶接+部分螺栓连接包裹架外围板22+23、包裹架搁板24胶接前地板25中底板26后地板27胶接（两者相互之间）胶接+部分螺栓连接（与金属加强版）胶接+部分机械连接（后地板与包裹架）上部正面侧面后面下部宝马i3CFRP连接示意图2.国外CFRP在汽车上应用lamborghiniaventador2.国外CFRP在汽车上应用一体化乘员舱乘员舱：147.5kgBIW：229.5Kg扭转刚度：35000乘员舱CFRP零部件分解图A柱：编织顶盖：预浸料顶盖胶接于壳体上周围门护板等附件：编织附件：在壳体上预浸料共固化环氧树脂浇注预埋件2.国外CFRP在汽车上应用2.国外CFRP在汽车上应用制备流程2.国外CFRP在汽车上应用LexsusLFA2.国外CFRP在汽车上应用2.国外CFRP在汽车上应用胶接类型应用特征糊状胶固化的CFRP件之间装配过程中使用两种成分混合可通过设计调整间隙胶膜固化的CFRP与未固化CFRP在成型过程中使用稳定的、基本上无间隙（膜厚在0.2mm）粘接片（含玻璃微球）铝的预埋件与未固化的CFRP在成型过程中使用可消除热应力不同造成的扩展通过玻璃微球大小调整间隙胶接技术2.国外CFRP在汽车上应用功能化连接设计-刚度与强度−受力处连接设计−预测分析：静态、动态行为−性能测试：静态/动态/高温/低温环境耐久性研究−通过加速试验预测使用寿命−原料测试−乘员舱测试−整车测试−腐蚀性能的研究生产过程控制−表面处理−胶接连接工艺−生产过程中不可控因素−可追溯性研究重点：Loutus跑车2.国外CFRP在汽车上应用MclarenMP4-12C预埋件连接工艺2.国外CFRP在汽车上应用2.国外CFRP在汽车上应用TeslaRoadster∆最外层采用GF无纺布∆第二层为ZoltekPanex3550K单向布（±45°）∆第三层为连续GF无纺布（主要为注胶考虑）∆第四层为ZoltekPanex3550K单向布（±45°）∆采用RTM工艺，BPA环氧树脂（粘度为12000-15000cps）胺类固化剂∆固化时间为20min∆完成后零部件厚度为1.6mm∆采用氨基胶黏剂∆所有外观件先涂覆Dupont5150双组份氨基涂层∆最外层涂覆Dupont低温烘烤水溶性单组份涂层CFRP覆盖件组成碳纤维产业中间材料产业设计开发产业零部件制造产业整车设计和制造产业最终用户3.我国CFRP在汽车上应用需解决的难点？─使用碳纤维复合材料为客户带来什么不清晰，应用定位不准─法规和规范不能覆盖或使用碳纤维复合材料的特性─缺乏整车正向开发设计所需的总体数据─缺乏知名的高端品牌─缺乏精通复合材料的工程技术人员从整车设计和制造到最终客户3.我国CFRP在汽车上应用需解决的难点？−缺少复合材料零部件快速（节拍）生产制造工艺技术−制造装备落后，尚不能进行自动化大批量生产−复合材料零部件制造商大多未进入汽车行业质量体系（TS16949)−制造工程师和技术工人严重缺乏−生产线建设投资巨大，投资者谨慎，无法打破产能约束瓶颈−传统零部件制造产业仍具有极大的竞争优势−超强钢和镁铝合金等新型金属材料也在抢占结构轻量化市场从零部件制造到整车制造3.我国CFRP在汽车上应用需解决的难点？−缺少设计、分析和仿真所需的可靠的材料和工艺数据−不能准确、完整的定义载荷和环境条件要求−汽车复合材料结构损伤模式和实现准则难以确定−汽车复合材料结构试验方法、盘踞和试验准备缺乏−即懂汽车又懂复合材料设计的人才稀缺从设计开发到零部件制造商3.我国CFRP在汽车上应用需解决的难点？−大部分树脂体系不能满足快速（节拍）固化成型的需要−大丝束和大可中比预浸料等低成本材料尚未形成大规模化应用−设计、分析和仿真用材料数据非常少从中间材料商到设计开发产业3.我国CFRP在汽车上应用需解决的难点？−应用目标未细分，产品定位趋同化−性能以国外产品性能为依据，未考虑具体应用需求−标准级碳纤维快速纺丝和碳化技术尚未突破，综合成本高−高级别碳纤维大批量生产技术有待验证−产能过剩，开工不足−国外产品低价竞争从碳纤维产业到中间材料产业3.我国CFRP在汽车上应用需解决的难点4.问题讨论1.您认为目前制约国内碳纤维复合材料在汽车上应用的最大问题是什么？2.您认为在上述问题中我们最能解决的或者说我们最容易解决且意义重大的是哪个？3.我们如何与上游CF生产厂商、设计开发产业进行合作才最有利？谢谢聆听！